Zakaj so grafitni susceptorji, prevlečeni s SiC, bistveni za polprevodniško epitaksijo

Ker se polprevodniške naprave še naprej razvijajo proti večji moči, višji frekvenci in večji integraciji, so zahteve za opremo za epitaksialno rast postale vse zahtevnejše. Ne glede na to, ali proizvajajo SiC napajalne naprave, GaN RF komponente, LED čipe ali silicijeve epitaksialne rezine, se proizvajalci zanašajo na eno kritično komponento v reaktorju – s SiC prevlečenim grafitnim suceptorjem.

Čeprav je redko vidna zunaj reakcijske komore, ta komponenta neposredno vpliva na enakomernost temperature rezin, nastajanje delcev, življenjsko dobo prevleke in končno na izkoristek naprave.

Kaj je grafitni susceptor, prevlečen s SiC?

Grafitni suceptor, prevlečen s SiC, je natančno izdelana grafitna komponenta, zaščitena z gosto prevleko iz silicijevega karbida s kemičnim naparjevanjem (CVD).

Znotraj epitaksialnega reaktorja suceptor opravlja več kritičnih funkcij:

• Podpira polprevodniške rezine v celotnem procesu rasti
• Enakomerno prenaša toploto od grelca do rezine
• Vrti se skupaj z rezino za izboljšanje enakomernosti filma
• Ohranja dimenzijsko stabilnost pri ponavljajočih se termičnih ciklih
• Ščiti grafitno podlago pred jedkimi procesnimi plini

Odvisno od postopka so sprejemniki lahko zasnovani kot sprejemniki za palačinke, sodčasti sprejemniki, pladnji, nosilci rezin ali prilagojene komponente reaktorja.

Zakaj ne bi uporabili Bare Graphite?

Grafit je že dolgo priznan kot eden najboljših visokotemperaturnih inženirskih materialov zaradi:

· Odlična toplotna prevodnost

· Nizek koeficient toplotnega raztezanja

· Visoka temperaturna stabilnost

· Enostavna obdelava

· Nizka gostota

Vendar pa goli grafit ni primeren za neposredno obdelavo polprevodnikov.

Med epitaksijo procesni plini, kot so H₂, HCl, NH3, silan, klorosilani in kovinsko-organski prekurzorji, nenehno napadajo izpostavljene grafitne površine. Sčasoma začne grafit oksidirati, korodirati in sproščati ogljikove delce.

Ti delci lahko:

· kontaminirati rezine,

· povečanje gostote napak,

· zmanjšanje epitaksialne enakomernosti,

· skrajšati vzdrževalne intervale reaktorja.

Zato skoraj vsi sodobni polprevodniški reaktorji uporabljajo zaščitne keramične prevleke namesto izpostavljenega grafita.

Zakaj je silicijev karbid prednostna prevleka?

Med razpoložljivimi premaznimi materiali – vključno z BN, ZrB₂, TaC in različnimi oksidnimi premazi – je CVD silicijev karbid postal industrijski standard, ker ponuja odlično ravnovesje toplotnih, kemičnih in mehanskih lastnosti.

Glavne prednosti vključujejo:

• Izjemna kemična odpornost: gost SiC preprečuje, da bi korozivni plini dosegli grafitno podlago, kar močno podaljša življenjsko dobo komponent.
• Odlična toplotna prevodnost: visoka toplotna prevodnost omogoča hiter prenos toplote, hkrati pa ohranja odlično enakomernost temperature po rezini.
• Neusklajenost nizkega toplotnega raztezanja: Koeficient toplotnega raztezanja SiC se zelo ujema z grafitom, kar zmanjšuje notranje napetosti med ponavljajočimi se cikli segrevanja in hlajenja.
• Visoka trdota: premaz je odporen proti obrabi med nalaganjem rezin in delovanjem reaktorja.
• Visoka čistost: visokokakovostni CVD SiC premazi zmanjšajo kovinsko kontaminacijo in nastajanje delcev, kar je ključnega pomena za napredno proizvodnjo polprevodnikov.

Zakaj kemično naparjanje (CVD)?

Obstajajo različne tehnologije premazov, vključno z:

· Plazemsko brizganje

· Sol-gel premaz

· Elektroforetsko nanašanje

· Paketno cementiranje

· Premaz s čopičem

Vendar pa je proizvodnja polprevodnikov v veliki večini naklonjena kemičnemu naparjevanju (CVD), ker proizvaja premaze z:

· izjemno visoka čistost,

· odlična gostota,

· enotna debelina,

· odličen oprijem,

· nizka poroznost,

· odlična skladnost na kompleksnih geometrijah.

Za razliko od brizganih premazov, ki pogosto vsebujejo pore in šibke vmesnike, CVD SiC tvori gosto kristalno plast, kemično vezano na grafitno podlago, kar ima za posledico znatno daljšo življenjsko dobo v težkih procesnih pogojih.

Tipične aplikacije

Grafitne komponente, prevlečene s SiC, se pogosto uporabljajo v:

Epitaksija SiC: Podpora prevodnim in polizolacijskim rezinam SiC med homoepitaksialno rastjo za MOSFET-je, SBD-je in druge močnostne naprave.

Silicijeva epitaksija: Zagotavljanje stabilnih toplotnih platform za epitaksijo silicijeve rezine, ki se uporablja v proizvodnji CMOS in močnostnih polprevodnikov.

GaN epitaksija: podpira rast GaN-on-Si in GaN-on-SiC za naprave RF, HEMT, MicroLED in močnostno elektroniko.

Proizvodnja LED: Uporablja se v reaktorjih MOCVD za modro, zeleno, UV in MicroLED epitaksialno rast.

Zaključek

Ker se polprevodniški procesi še naprej premikajo k večjim rezinam, tesnejšim procesnim oknom in nižjim gostotam napak, pomen visoko zmogljivih reaktorskih komponent še naprej narašča.

Grafitni sprejemniki, prevlečeni s CVD SiC, so postali nepogrešljivi, ker združujejo vrhunsko toplotno zmogljivost grafita z izjemno kemično odpornostjo, čistostjo in vzdržljivostjo silicijevega karbida.

Ne glede na to, ali gre za napajalne naprave SiC, GaN RF elektroniko, proizvodnjo LED ali silicijevo epitaksijo, vlaganje v visokokakovostne grafitne komponente, prevlečene s SiC, neposredno prispeva k večjemu izkoristku, daljšemu času delovanja opreme in nižjim proizvodnim stroškom.